النانو لا تعترف بتلوث الملابس والمبانى والزجاج وتتجسس على الصحة وتكيف الجسم حسب درجة الجو

 

النانو لا تعترف بتلوث الملابس والمبانى والزجاج وتتجسس على الصحة وتكيف الجسم حسب درجة الجو

تعتبر تكنولوجيا النانو هى التكنولوجيا المميزة للتصنيع فى ق ( 21 ) وتدخل التكنولوجيات فى مجالات عديدة مختلفة ولا تقتصر على علم واحد من العلوم أو مجال واحد للتطبيق بل انتشرت بمساحات واسعة لتشمل جميع فروع العلم كالكيمياء والفيزياء والفلك والجيولوجيا والطب والهندسة والكهرباء والإلكترونيات والفضاء والصناعة بكافة فروعها وغيرها من العلوم المختلفة .

ويرجع الفضل فى التفكير بأهمية تكنولوجيا النانو إلى العالم الأمريكى ( ريتشارد فينمان ) الحائز على جائزة نوبل فى الفيزياء عام ( 1959 ) ( هناك مجال واسع فى القاع ) فى اجتماع الجمعية الأمريكية للفيزياء عام ( 1959 ) تصور أنه من الممكن التحكم فى الخواص الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية لأى مادة عن طريق التحكم فى أبعادها لتكون فى مقياس النانومتر بحيث تتمتع بخواص متميزة لا تتوافر فى نفس المواد التى لها جزيئات كبيرة الحجم .

 

ماذا تعنى التكنولوجيا النانوية ؟

تتكون تكنولوجيا النانو من جزءين أساسيين : النانو و التكنولوجيا .

 

ماذا تعنى كلمة النانو ؟

يرجع أصل كلمة ( نانو ) إلى اللغة الاغريقية القديمة حيث تشتق من كلمة ( نانوس ) ومعناها القزم ثم استعمل النانو كوحدة قياس متناهية الصغر حيث تساوى واحد على البليون من أى مقياس فمقياس النانومتر يساوى واحد على البليون من المتر والنانوثانية تساوى واحد على بليون من الثانية والنانوجرام يساوى واحد على بليون من الجرام والنانومول يساوى واحد على بليون من المول وأشهر الوحدات متناهية الصغر المنتشرة هى وحدة النانومتر حيث تساوى واحد على بليون من المتر والنانومتر يساوى عشرة أضعاف وحدة القياس الذرى ( الانجستروم ) .

ولمقارنة تلك الوحدة المتناهية فى الصغر بالأشياء الدقيقة فإن طول قطر ذرة الهيدروجين وهى أصغر الذرات يساوى ( 0.1 نانومتر ) أى مجموع أقطار ( 10 ذرات هيدروجين ) يساوى

( 1 نانومتر ) وأن قطر شعرة رأس الانسان يتراوح بين ( 10 آلاف إلى 80 ألف نانومتر ) ومعدل نمو ظفر الانسان فى ثانية واحدة يساوى ( 1 نانومتر ) أو ارتفاع قطرة ماء بعد بسطها كليا على سطح مساحته ( 1م مربع ) يساوى ( 1 نانومتر ) والنانومتر يساوى واحد على عشرة من سماكة الطبقة الملونة على النظارات الشمسية .

يبلغ قطر المادة الوراثية ( DNA ) حوالى ( 2.5 نانومتر ) بينما خلايا الدم الحمراء تبلغ

( 2.5 ميكرومتر ) .

 

أجهزة قياس وحدات النانو :

تستخدم الميكروسكوبات الماسحة لقياس الأبعاد النانوية وهى عدة أنواع مثل الميكروسكوب الإلكترونى الماسح والمجهر النفقى الماسح والميكروسكوب القوة الذرية .

ويعتبر الميكروسكوب النفقى الماسح واحدا من أهم الأجهزة الذى أتاح الفرصة للعلماء أن يروا الجسيمات الدقيقة من جزيئات وذرات بمقياس النانو ولقد كان أول استعمال له فى أواسط عام

( 1980 ) ولم يسمح هذا الجهاز للعلماء أن يروا تفاصيل التراكيب الذرية بل مكنهم من معالجة التراكيب الذرية كما فتح الباب للحصول على صور لما لا تستطيع العين المجردة أن تراه .

 

ماذا تعنى كلمة التكنولوجيا ؟

تعنى التكنولوجيا :

1 ) هى تطبيق العلم وخاصة فى الأهداف الصناعية أو التجارية  وهى استعمال المعرفة والمادة العلمية لإنجاز الأهداف الصناعية أو التجارية .

2 ) أما فى علم الأجناس البشرية فتعرف التكنولوجيا بأنها جسم المعرفة المتوفرة للمجتمع والمستعملة فى تصميم الآلات ومزاولة الفنون والمهارات اليدوية واستخلاص أو جمع المواد .

فيما اختلاف التكنولوجيا عن العلم :

على الرغم من أن الفكرة العامة عن العلم كانت متباينة ومتغايرة مع التكنولوجيا فالعلم يعزو إلى وضع النظرية والتكنولوجيا تعزو إلى تطبيق تلك النظرية فإن هذا التباين قد يطمس فى حالة علم النانو والتكنولوجيا النانوية .

 

لماذا النانو ؟

وجد أن خواص المواد المادية والكيميائية والبيولوجية تختلف تماما وهى فى حجم النانو عن خصائص كل ذرة أو جزىء أو كتلة مادة بمفردها فقد تم التوصل إلى طريقة لتشتيت رقائق السليكون المعتمة جدا والتى تستخدم فى تصنيع الرقائق والأجهزة الحاسوبية والإلكترونية والكهربائية وغيرها إلى حبيبات بمقياس نانو ووجد أنه عندما تكون تلك الحبيبات بقطر واحد نانو فإنها تتألق بلون أزرق شديد جدا تحت تأثير الضوء البنفسجى أما إذا شتت إلى قطر ( 1.7 نانو ) تتألق باللون الأخضر وإلى قطر ( 2.1 نانو ) تتألق باللون الأصفر وتتألق باللون الأحمر عندما يكون قطرها ( 2.9 نانو ) ومعنى ذلك أن المواد تختلف فى خواصها عندما تتغير أحجام حبيباتها فى مقياس النانو وبهذا أمكن تصنيع مواد سليكونية تشع كطيف قوس قزح أو ما يتكون منه الضوء مع العلم أن مادة السليكون معتمة بدرجة كبيرة جدا كما وجد أن إعادة ترتيب أو زرع حبيبات السيليكون على الرقائق فسنحصل على رقائق فائقة ستؤدى إلى تحديث وتصنيع أجهزة أصغر وأسرع وأخف وأقل استهلاكا للطاقة وأقل كلفة للمستهلك .

عند استعمال مادة أكسيد الزنك بحجم جزيئاته العادية فى تصنيع الكريمات التى تقاوم الأشعة البنفسجية المصاحبة لأشعة الشمس فإنها تترك أثرا أبيض على الجلد علاوة على عدم مقاومته الكبيرة للأشعة فوق البنفسجية بينما حين يستعمل أكسيد الزنك ذاته فى صورته المشتتة النانوية فإنه يتحول إلى شفاف عديم اللون ولا يظهر على الجلد مع تفوقه بمقاومة كميات فائقة من الأشعة فوق البنفسجية .

 

 

المؤسسات والمنظمات العالمية التى ترصد تكنولوجيا النانو :

تقوم منظمة التنمية الاقتصادية منذ عام ( 2003 ) بتصنيف الدول التى تسجل نشاطا فى مجال تكنولوجيا النانو ويظهر منذ عام ( 2004 ) دليل برنامج الأمم المتحدة للتنمية البشرية لتصنيف وتقييم توزيع الارتباطات عبر التجمعات العالمية المعترف بها وتصنف إلى دول نامية ومتوسطة ومتقدمة فى تكنولوجيا النانو .

 

حجم الانفاق العالمى على تكنولوجيا النانو :

تنفق حكومات دول العالم حوالى ( 4.5 بليون دولار ) سنويا على الأبحاث الخاصة بتكنولوجيا النانو وذلك طبقا لتقرير منظمة التعاون والتنمية الاقتصادية فى ( يونيو 2007 ) وكان نصيب أمريكا الشمالية ( 1.6 بليون دولار ) آسيا ( 1.6 بليون دولار ) أوروبا ( 1.3 بليون دولار ) وتختلف معدلات التمويل كثيرا بين الدول بينما كل من الولايات المتحدة الأمريكية وتايلاند لدى كل منهما برنامج وطنى لتكنولوجيا النانو فأمريكا منذ عام ( 2000 ) وتايلاند منذ عام ( 2003 ) فبرنامج تايلاند يتلقى ( 2 مليون دولار ) سنويا بالمقارنة ( 982 مليون دولار ) حجم التمويل السنوى المبدئى لعام ( 2005 ) للولايات المتحدة الأمريكية ( 1982 ) .

بدأت الولايات المتحدة الأمريكية مبادرتها القومية الخاصة بتكنولوجيا النانو فى عام ( 2000 ) وما إن مضت أشهر قليلة على بدايتها حتى استهلت العديد من الدول الأخرى مبادرات قومية فى تكنولوجيا النانو . إن المبادرة الأمريكية كانت وكأنها إشارة لبدء السباق كما جعلت حكومات كثير من الدول فى الفترة من عام ( 2003 / 2007 ) تعطى الأولوية القومية لبلدانها لمجال تكنولوجيا النانو كاليابان والصين وكوريا الجنوبية وتايلاند وماليزيا وعدد من دول أوروبا .

رفعت الحكومة الاتحادية الأمريكية تمويلها لهذه التكنولوجيا من ( 422 مليون دولار ) إلى ما مجموعه ( 3.8 مليار دولار ) مخصصة للبحوث بين أعوام ( 2005 / 2008 ) .

تتوقع المنظمة الصناعية التجارية لأعمال النانو أن يبلغ حجم السوق العالمية للمنتجات والخدمات النانوية ( تريليون دولار ) فى عام ( 2010 ) بينما تتوقع المؤسسة العلمية الوطنية الأمريكية أن يصل حجم السوق الأمريكية وحدها إلى ( تريليون دولار ) بحلول عام ( 2016 ) .

ظهر فى دليل التنمية البشرية أن قوة ارتباط الدولة النامية بتكنولوجيا النانو تأتى من الدول المتوسطة فى تكنولوجيا النانو وتقود الصين والهند والبرازيل الدول النامية فى تكنولوجيا النانو بدلا من الدول المتقدمة .

 

تصنيع التراكيب النانوية :

1 ) من أعلى إلى أسفل ( من القمة للقاع ) :

تعتبر عملية تصغير للمواد التقليدية كبيرة الحجم إلى أقل من ( 100 نانو ) حيث تستعمل عمليات النحت فى المواد للوصول إلى مقياس النانو .

 

 

 

-        امتداد للحفر الضوئى                            - الحفر بشعاع الالكترون

-        الحفر بشعاع الأيون                             - الحفر بالأشعة السينية

-        الحفر بالمجس الماسح                          - الحرث والتجريف

-        الأكسدة الموضعية

 

2 ) من أسفل إلى أعلى ( من القاع للقمة )

تعتبر عملية بناء للمواد بالوحدات البنائية الأولية وهى الذرات والجزيئات يتم التعامل معها وتجميعها وترتيبها بالشكل المطلوب للحصول على الكتل النانوية معقدة التركيب ويتم ذلك من خلال بعض العمليات :

- عملية نمو البلورات                  - عمليات كيميائية

- مواد ذاتية التجميع

وتستعمل للحصول على الأنابيب الكربونية والأسلاك النانوية والبلورات النانوية والبلمرات المتبادلة

وترتبط الكتل النانوية المحضرة ببعضها البعض بالشكل المطلوب ذاتيا .

 

النانوتكنولوجى والبلاستيك :

كما غزت تكنولوجيا النانو جميع فروع العلم والمجالات المختلفة وتغلغلت فيها وأحدثت بها تطورا كبيرا ملموسا كان هو السبب فى إنتاج كثير من المنتجات الحديثة المتطورة .

فإننا اليوم نلاحظ وجود المواد البلاستيكية وتطبيقاتها فى مجالات النانو الحديثة لتخرج لنا مواد متراكبة نانوية لها خواص فريدة مميزة فائقة مدهشة وتتفوق كثيرا عن المواد التقليدية وحتى المتراكبات البلاستيكية التقليدية غير النانوية .

تتكون المتراكبات البلمرية النانوية من قوالب من المواد البلاستيكية أو المطاطية مقواه بالمواد النانوية كالطفلة والمعادن وأكاسيدها النانوية وجسيمات الكربون وكراته النانوية والأنابيب الكربونية لتكون مواد متراكبة قوية خفيفة الوزن مقاومة للتغيرات والمواد الكيماوية مع تميزها بالصفات والخواص المطلوبة لتشغيلها .

 

1 ) منتجات التكنولوجيا النانوية :

 الحاسبات الآلية وتخزين البيانات :

تعتبر تكنولوجيا النانو هى الجيل الخامس الذى ظهر فى عالم الالكترونيات حيث الجيل الأول الذى استخدم الصمامات الثنائية الالكترونية حتى استخدم فى التليفزيون والجيل الثانى الذى استخدم جهاز الترانزستور ثم الجيل الثالث من الإلكترونيات الذى استخدم الدوائر التكاملية وهى عبارة عن قطعة صغيرة جدا قامت بدور العديد من الأجهزة ورفعت من كفاءتها وتعددت وظائفها ثم بدأ الجيل الرابع باستخدام المعالجات الصغيرة الذى أحدث ثورة هائلة فى مجال الإلكترونيات بإنتاج الحاسبات الشخصية والرقائق الكومبيوترية السيليكونية التى أحدثت تقدما فى العديد من المجالات العلمية والصناعية وبعد ذلك ستدخل الدوائر الضوئية النانوية كبديل لكثير من الدوائر الكهربائية وكذلك وحدات معالجة تستخدم طاقة تشغيل أقل وتكلفة منخفضة وهذا سيزيد كفاءة الحاسبات بنسبة عالية وأدوات تخزين ذات كتل صغيرة كما أن هناك شاشات مسطحة للعرض فى التليفزيون والفيديو ربما يصل سمكها إلى سمك ورقة رقيقة .

 

المنتجات الإلكترونية :

توجد كمية كبيرة من التطبيقات الإلكترونية الحديثة التى تؤثر فى جميع مجالات الحياة كالحاسبات القوية والسريعة والريموت كنترول والكاميرات الرقمية وأجهزة الوميض وشاشات الرؤية وخلايا الهاتف والأحبار الإلكترونية والبطاريات الرقيقة والإلكترونيات المرنة ولقد ظهرت هذه التطبيقات نتيجة القدرة على العمل فى مجال مقياس النانو .

-        كروت ذاكرة عملاقة :

تتباهى كثير من الشركات بمقدرتها على إنتاج كروت ذاكرة لها قدرة وسعة تخزينية كبيرة وصلت إلى مئات الجيجابايت .

-        آلة التصوير الرقمية والهواتف النقالة :

مزودة بشاشات العرض ذات الصمامات الثنائية باعثة الضوء العضوية .

 

منتجات تصنيع المتراكبات والمواد النانوية :

-        السيارات :

تستخدم المواد النانوية على نطاقات واسعة فى صناعة السيارات التى يمكن أن يصل فيها المواد البلاستيكية النانوية إلى حوالى ( 7 مواد ) مؤلفة نانوية فصندوق الشحن بها أخف وأكثر مقاومة للخدش من المواد البلاستيكية التى كانت من قبل وتمتاز بخفة الوزن وعدم التغير فى الشكل عند التعرض للتغير فى درجات الحرارة .

 

-        الخرسانة ذاتية التنظيف :

تصنع مواد خرسانية ذاتية التنظيف تنظف نفسها بنفسها ولا تحتاج لأى عمليات صيانة لأنها مصنعة بتكنولوجيا النانو مما يجعل أسطحها دائما بيضاء براقة .

 

منتجات رياضية :

-        مضارب التنس :

باستعمال أنابيب الجرافيت وجسيمات الكربون النانوية فى المتراكبات البلاستيكية والتى هى أقوى من الصلب بالرغم أن وزنها سدس وزن الصلب .

 

-        كرات التنس :

تم تصنيع كرات التنس بوضع طبقة داخلية للب الكرة سمكها ( 20 ميكرون ) من المواد المؤلفة البلمرية بالطفلة النانوية مما يجعلها تستمر للاستعمال فى اللعب لفترة ( 4 أسابيع ) متتالية دون أن تفقد أى من خواصها .

 

-        كرة الجولف الحركية النانوية :

إن كرة الجولف مهندسة مع الجزيئات النانوية لتقليل دورانها حيث تقل الضربات وتصبح الشوطات قصيرة .

 

- عصى الجولف الأقوى                    - كرات بولينج أكثر دقة

 

منتجات الملبوسات :

ملابس داخلية وسراويل تطرد المياه ولا تتسخ وتدخل فى ذلك القمصان والأحذية التى تظل باردة فى الصيف ودافئة فى الشتاء وجوارب النانو التى لا تتعطن بفضل إدخال المواد النانوية كجزيئات الفضة النانوية مع بعض الألياف والخيوط البلاستيكية .

السترات المزلاجية المسامية مقاومة الماء .

صنعت التكنولوجيا النانوية طبقتين من الغلالات المقاومة للطقس والماء والمسامية والمقاومة للأوساخ ولها فائدة عظيمة بالنسبة لغير القادرين على غسل ستراتهم طوال الموسم وأصبح هناك سترات ذات فترة وظيفية أطول من السترات المطلية المنافسة لها وتصنع من المنسوجات البلاستيكية مع المواد النانوية .

خيوط مقاومة للتجعد وطاردة للبقع .

أمكن تصنيع خيوط من القطن والألياف البلاستيكية ملحق بها تراكيب جزيئية نانوية لتكون بمثابة مانع يمنع تكون كرات القاذورات والماء على السطح كما تمنع امتصاصها . الخيوط المعالجة لا تقاوم التجعد بل تصد التبقع من الصودا والقهوة والمايونيز والعصائر .

منسوجات متغيرة الألوان طورت لاستعمالها لجنود الجيوش .

 

منتجات الطلاء البلاستيكية الواقية :

يوجد كثير من الطلاء البلاستيكية النانوية مخفضة التوهج واللمعة ومقاومة الضباب للنظارات وزجاج السيارات ليصبح الزجاج ضد انعكاس الضوء ومقاوم للخدش وترسب طبقات رقيقة بلمرية نانوية كطلاء بسمك ( 150 نانو و 20 ميكرون ) ثم تستعمل كيماويات ذاتية التجميع لتكوين الطلاء البلمرى بسمك ( 3 : 10 نانومتر ) على السطح الخارجى للعدسات ضد الانعكاس وهذه الطبقة ليست لعزل وطرد الغبار وزيوت الجلد ولكن لجعل العدسات أكثر حساسية .

كما تستعمل الطلاءات النانوية للسيارات كبديل للطلاءات التقليدية والطلاءات النانوية لا تحتاج لأى شموع لإكسابها اللمعة حيث تتكون من الجسيمات الدقيقة النانوية التى تشتت الضوء وتقاوم أشعة الشمس .

 

منتجات نانوية أخرى :

يوجد منتجات مستحضرات التجميل والعناية بالجلد والمستحضرات الطبية النانوية .

وفى المستقبل بفضل التقدم فى أبحاث تكنولوجيا النانو سيتم التوصل إلى :

-        كبسولات أنسولين حيوية توضع لمريض السكر داخل الجسم

-        تصنيع بعض المواد الصيدلانية بطريقة الكرات النانوية لتوصيل الأدوية بشكل مختار .

-        علاج السرطان من خلال استعمال كبسولات مشعة ذات أهداف محددة .

-        قنابل ذكية تحطم خلايا الورم والالتهابات والإصابات وانسداد الشرايين وتقاوم الشيخوخة مصنعة من التكنولوجيا النانوية .

-        معمل تحليل الدم مكون من قنوات دقيقة جدا مزودة ببطاقة ترشيح لخلايا الدم البيضاء والحمراء وعند ادخال هذه البطاقة فى الجهاز يتم عد الكرات البيضاء خلال 10 : 15 دقيقة وهذا مفيد فى علاج كثير من الأمراض .

-        ضمادات مشبعة بجزيئات الفضة النانوية لعلاج كثير من الأورام .

-        توصيل الدواء من خلال الملصقات على جلد الانسان باستعمال جزيئات نانوية للمواد الكيميائية التى لها القدرة على اختراق الجلد والسير إلى مكان الخلل .

-        زرع غلالات أفلام رقيقة فى الأجسام البشرية كالمسامير والبراغى والمفاصل والحلقات التى تدوم طويلا ولا يرفضها الجسم .

-        أجهزة مراقبة التنفس ذات الحساسية الفائقة .

-        جلد صناعى للتطبيقات الخاصة بالزرع الجلدى فى حالات إصابات الحرائق .

 

الطموحات والآمال المتوقعة لتكنولوجيا النانو :

مجالات عديدة تدخل فيها تكنولوجيات النانو كما سيدخل فيها المواد البلاستيكية حيث ستصاب كتابات وأفلام الخيال العلمى بافتقار للمادة العلمية الخيالية لأن كل ألوان الخيال الحالى أصبح نقاط بحث ودراسة فى معامل الأبحاث العلمية للتكنولوجيا النانوية .

ستحدث تطورات جذرية فى الحاسبات الآلية والأنظمة الإلكترونية من خلال عمليات إبطاء وتخزين ومعالجة الضوء ليحل الضوء محل الكهرباء فى إيصال سيل من المعلومات بين أجزاء من الذرات الضوئية فى المعالجات النانوية متناهية الصغر فالباحثون استطاعوا إبطاء سرعة الضوء إلى واحد على ( 300 ) من سرعته المعتادة عن طريق تمريره فى قنوات من السليكون المصنع بعناية بالغة بتكنولوجيا النانو ( مرشد الموجات البلورى الضوئى ) وهى عبارة عن شريحة رقيقة من السليكون بها مجموعات من الثقوب تغير من مسار الضوء المار بها هذا التصميم للقنوات يسمح بتغيير سرعة الضوء عن طريق تمرير تيار كهربائى لموجة الموجات .

يلعب الحجم دورا هاما فى عالم الحاسبات الآلية والأجهزة الإلكترونية فالحاسب الخارق الموجود فى مراكز الأبحاث والجامعات والشركات الكبيرة سيكون فى حجم ساعة اليد فى المستقبل القريب

ستنظف خرسانات وزجاجات المبانى والمنشئات نفسها بنفسها تلقائيا .